JP2005270891A - 多糖類の湿式粉砕方法 - Google Patents
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Abstract
【効果】本多糖類の湿式粉砕方法によれば、多糖類の構造が変化することなく、粉砕に伴う重合度の低下を最小限にしつつ、多糖類の微細粉砕品を得ることができるため、セルロースをはじめとする多糖類の成形加工が容易となる。
【選択図】図1
Description
しかし、一般にこれらの多糖類は、合成プラスチックとは異なり、加熱により融解することが困難であり、加工に際しては一度溶媒に溶解されることが必要となるが、この溶解が容易でないという問題がある。例えばセルロースでは、J.Zhou,and L.Zhang,Polymer Journal,32,10,866(2000)(非特許文献1)や磯貝明編「セルロースの科学」朝倉書店刊(2003)(非特許文献2)に記載されているような銅アンモニア溶液や苛性ソーダと二硫化炭素を併用した溶媒にセルロースを溶解して作られるビスコースと呼ばれる溶液が古くから使われている。また、近年ではN−メチルモルファリンN−オキシドを用いる紡糸方法も開発されているが、高温処理が必要であり、薬剤の回収利用を行うことも含めると成形加工にかかるエネルギー的、コスト的には有利なものでないという課題があった。
この課題を解決すべく、多糖類を水中に均一に分散させ、分子構造を破壊することなく湿式微細粉砕して、分子を分子レベルに近い状態にまで分散することが考えられた。
しかしながら、多糖類は、一般的に分子内及び分子間に強い水素結合を形成しており、これらの結合を切って粉砕を行おうとすると、分子鎖同士を結合しているエーテル結合をも切断してしまうことが多く、粉砕はできるものの、粉砕した多糖類は、重合度が低下してしまい、品質に問題があった。
水不溶性のセルロースについては、水中に分散させたセルロースを3,000psi(20.6MPa)以上の高圧力差で高速度を与え、次にこれらを衝突させて急速に減速させる方法での粉砕方法が特公昭60−19921号公報(特許文献1)に記載されている。この方法によると、セルロースは20回程度粉砕処理することで繊維状のセルロースは1/4以下程度に微細化されることが示されている。しかし、この程度まで粉砕処理したセルロースを銅エチレンジアミン溶液中で固有粘度を測定すると、処理前が8.83dl/gであったものが7.55dl/gに低減する。これをセルロース学会編「セルロースの事典」(2000年刊行)(非特許文献3)の80ページに記載されている固有粘度[η]と重合度の関係式[η](ml/g)=1.67×[Dp]0.71にて重合度に換算してみると、20℃及び90℃にて20回処理した場合には、重合度が処理前に比べて20%低下してしまうことがわかった。また、20℃及び90℃において、1回処理した場合と10回処理した場合を比較しても、重合度は10%以上低下していることがわかった。
従って、多糖類について摩砕粉砕や高圧衝突や分散処理による湿式粉砕の記述はあるものの、分子鎖の切断を少なくして微粉砕し、粉砕に伴う重合度の低下を10%未満に抑えることができる粉砕方法が望まれていた。
請求項1:
多糖類の分散液を一対のノズルから70〜250MPaの高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させて多糖類を粉砕する方法であって、上記一対のノズルから噴射される多糖類分散液の高圧噴射流の角度を、噴射流同士が各々のノズル出口より先方の一点で適正な角度において衝合衝突するように調製する、及び/又は、高圧流体の噴射回数を調整して粉砕回数を調整することにより、平均粒子長が1/4以下に粉砕された多糖類の重合度低下を10%未満とすることを特徴とする多糖類の湿式粉砕方法。
請求項2:
平均粒子長が10μm以下に粉砕された多糖類の重合度低下が10%未満であることを特徴とする請求項1記載の多糖類の湿式粉砕方法。
請求項3:
平均粒子幅が10μm以下に粉砕された多糖類の重合度低下が10%未満であることを特徴とする請求項1又は2記載の多糖類の湿式粉砕方法。
請求項4:
上記湿式粉砕後の多糖類の分散液を更に遠心分離することにより、平均粒子長が1μm未満の微粒子を得ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
請求項5:
各々のノズル出口より先方の一点で交差衝突する際の衝合角度が、95〜178°であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
請求項6:
粉砕の回数が、1〜200回であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
請求項7:
多糖類が、セルロース又はその誘導体、キチン又はその誘導体、キトサン又はその誘導体から選ばれる請求項1〜6のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
請求項8:
セルロースが、第14改正日本薬局方に記載の結晶セルロースである請求項7記載の多糖類の湿式粉砕方法。
下記に示す平均重合度、平均粒子長、平均粒子幅の測定方法により、重合度220、平均粒子長28μm、平均粒子幅11μmと計測されたフナイ化学(株)より販売されている結晶セルロースであるフナセルII粉末を純水に投入し、表1に示す濃度となるよう400gを分散調製し、図1に示す態様にて、衝合角度が170°となるようにしたチャンバーを有するスギノマシン(株)製の高圧粉砕システム「アルテマイザー HJP−25005型」を用いて、200MPaにて1〜180回の粉砕処理を行った。粉砕品の重合度、平均粒子長及び平均粒子幅を表1に示し、偏向顕微鏡写真例を図2に示した。図2において、(a)は処理前(原料フナセルII)、(b)はフナセルIIの1質量%分散液を5回衝突させたもの、(c)は50回衝突させたものの偏向顕微鏡写真である。
セルロース学会編「セルロースの事典」(2000年刊行)の80ページに記載されている方法に従って、銅エチレンジアミン溶液にて試料の固有粘度[η]を測定し、同文献に記載されている[η]と重合度の関係式[η](ml/g)=1.67×[Dp]0.71にて重合度を求めた。
試料を0.001質量%にて精製水に分散し、オリンパス(株)製の偏向顕微鏡BHAにより粒子の写真を撮り、プラネトロン社製の画像解析ソフトImage Pro plus4.5.2により50以上の粒子について粒子長及び粒子幅を測定した。粉砕回数が30回以上のものについては、日本電子(株)製の透化型電子顕微鏡JEM−100CXにて試料を200メッシュ銅製のグリッドに滴下し、2質量%の酢酸ウラニルにて染色後加速電圧80kVで画像写真を撮り、プラネトロン社製の画像解析ソフトImage Pro plus4.5.2にて平均粒子長と平均粒子幅を計測した。計測は50回以上行い、これを平均化した。
実施例1で使用した結晶セルロースであるフナセルII粉末4gを396gの純水に投入して分散、調製し、衝合角度100°としたチャンバーを有するスギノマシン(株)製の高圧粉砕システム「アルテマイザー HJP−25005型」を用い、250MPaにて10回の粉砕処理を行い、粉砕品の平均粒子長を上記に示す方法で測定したところ8μmであった。粉砕品を80℃にて24時間乾燥後、上記に示す方法で測定された重合度は202であり、重合度低下は8%であった。
実施例1で使用した結晶セルロースであるフナセルII粉末16gを384gの純水に投入して分散、調製し、衝合角度175°としたチャンバーを有するスギノマシン(株)製の高圧粉砕システム「アルテマイザー HJP−25005型」を用い、250MPaにて15回の粉砕処理を行い、粉砕品の平均粒子長を上記に示す方法で測定したところ7μmであった。粉砕品を80℃にて24時間乾燥後、上記に示す方法で測定された重合度は205であり、重合度低下は7%であった。
和光純薬(株)製のキチンをスタンプミルによって粉砕を行い、125mmのメッシュを通過した粒子を実施例1と同様に顕微鏡と画像解析により粒径観察し、平均粒子長60mm、平均粒子幅40mmのキチン粉末を用いた。また、このキチン粉末の重合度をキチン・キトサン研究会誌vol.3「キチン分子量の直接測定」190〜191ページに記載されたキチンを塩化カルシウム二水和塩メタノール溶液に溶解して粘度測定から分子量を測定する方法により求めたところ150であった。得られたキチン粉末10gを800mlの純水に投入して分散、調整し、衝合角度165°としたチャンバーを有するスギノマシン(株)製の高圧粉砕システム「アルテマイザー HJP−25005型」を用い、200MPaにて15回の粉砕処理を行い、実施例1と同様に顕微鏡と画像解析により粒径観察したところ、平均粒子長は1.2μm、平均粒子幅は25nmであり、粉砕処理後の重合度は138で、重合度の低下は8%であった。また、粉砕処理前後の乾燥品をフーリエ変換赤外分光計にて赤外吸収挙動を観察したが、吸収挙動に変化はなく、粉砕によって化学構造変化がないことを示していた。更に、粉砕処理した分散液を1.7×103Gで遠心分離したところ、上澄に透明な溶液部分が観察され、この中には全セルロースの25.4質量%にあたる微細部分が存在した。
低置換度ヒドロキシプロピルセルロースをカルバニレイト化し、GPC−MALLS法により測定した重合度が450であり、上記方法により測定した平均粒子長が110μmであったモル置換度0.2の低置換度ヒドロキシプロピルセルロース粉末4gを396gの純水に投入して分散、調製し、衝合角度100°としたチャンバーを有するスギノマシン(株)製の高圧粉砕システム「アルテマイザー HJP−25005型」を用い、250MPaにて20回の粉砕処理を行い、平均粒子長を測定したところ7μmであった。粉砕品を80℃にて24時間乾燥後、上記と同様にして測定した重合度は440で重合度低下は2.2%であった。また、得られた粉砕液50gを直径120mmのシャーレに入れ、水平を保って105℃にて2時間乾燥して得られたフィルムは透明であり、その厚みを10カ所にわたって測定した平均値は51μmであり、その標準偏差は7μmであったことから、均一な成形フィルムができることがわかった。
実施例1で使用した結晶セルロースであるフナセルII粉末4gを396gの純水に投入して分散、調製し、衝合角度90°としたチャンバーを有するスギノマシン(株)製の高圧粉砕システム「アルテマイザー HJP−25005型」を用い、250MPaにて15回の粉砕処理を行い、粉砕品の平均粒子長を測定したところ8μmであった。粉砕品を80℃にて24時間乾燥後、実施例1に示す方法で測定された重合度は185であり、重合度低下は16%であった。
実施例1で使用した結晶セルロースであるフナセルII粉末8gを392gの純水に投入して分散、調製し、衝合角度90°としたチャンバーを有するスギノマシン(株)製の高圧粉砕システム「アルテマイザー HJP−25005型」を用い、250MPaにて210回の粉砕処理を行い、粉砕品の平均粒子長を測定したところ8μmであった。粉砕品を80℃にて24時間乾燥後、実施例1に示す方法で測定された重合度は190であり、重合度低下は14%であった。
2 プランジャ
3 チャンバー
4a、4b ノズル
5 熱交換器
Claims (8)
- 多糖類の分散液を一対のノズルから70〜250MPaの高圧でそれぞれ噴射させると共に、その噴射流を互いに衝突させて多糖類を粉砕する方法であって、上記一対のノズルから噴射される多糖類分散液の高圧噴射流の角度を、噴射流同士が各々のノズル出口より先方の一点で適正な角度において衝合衝突するように調製する、及び/又は、高圧流体の噴射回数を調整して粉砕回数を調整することにより、平均粒子長が1/4以下に粉砕された多糖類の重合度低下を10%未満とすることを特徴とする多糖類の湿式粉砕方法。
- 平均粒子長が10μm以下に粉砕された多糖類の重合度低下が10%未満であることを特徴とする請求項1記載の多糖類の湿式粉砕方法。
- 平均粒子幅が10μm以下に粉砕された多糖類の重合度低下が10%未満であることを特徴とする請求項1又は2記載の多糖類の湿式粉砕方法。
- 上記湿式粉砕後の多糖類の分散液を更に遠心分離することにより、平均粒子長が1μm未満の微粒子を得ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
- 各々のノズル出口より先方の一点で交差衝突する際の衝合角度が、95〜178°であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
- 粉砕の回数が、1〜200回であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
- 多糖類が、セルロース又はその誘導体、キチン又はその誘導体、キトサン又はその誘導体から選ばれる請求項1〜6のいずれか1項記載の多糖類の湿式粉砕方法。
- セルロースが、第14改正日本薬局方に記載の結晶セルロースである請求項7記載の多糖類の湿式粉砕方法。
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